CN109781581A - 一种测量轻集料粉末表观密度的简便装置及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种测量轻集料粉末表观密度的简便装置及其应用方法，装置包括水平底座、支撑柱、悬臂夹具、下压刻度柱、超滤膜封口袋、烧杯和恒温水槽，支撑柱垂直固定于水平底座上，悬臂夹具高度可调的垂直固定于支撑柱上，下压刻度柱与支撑柱平行布置，其上端与悬臂夹具连接，超滤膜封口袋吊于下压刻度柱的下端。烧杯内盛有已知体积的水，放置于水平底座上对应封装好粉末样品的超滤膜封口袋的正下方，调节悬臂夹具下降，使超滤膜封口袋浸入烧杯中后整个装置置于恒温水槽中保温。装置结构简单，实用性广，为缺少专用粉末颗粒密度测量装置的需要者提供了解决方案。应用时测量及记录需要的数据：然后根据相应公式进行密度计算，得出的结果精确性高。
Description
技术领域
本发明属于密度测量技术领域，具体涉及一种测量轻集料粉末表观密度的简便装置及其应用方法。
背景技术
在土木工程、冶金、化工、材料的科研生产中几乎都要了解和测定材料的密度，因为密度的测定是控制工程和产品质量的重要部分。大多数固体材料均含有或多或少的孔隙和空隙。因此，固体材料有四种不同定义的密度：密度(绝对密度)、表观密度、体积密度和堆积密度。表观密度是指在自然状态下的质量与其体积之比。材料在自然状态下的体积包括材料中所含闭口孔隙的体积，即材料的外观或表观体积。对于有规则几何外形的封闭块体材料，可直接其几何尺寸，并计算其表观体积；对于不规则外形或有开口孔隙的固体材料，一般可采用排液法测量表观体积。对于密度小于水的块状固体材料，仍可采用绑扎沉入法或者针压法进行排液测量。对于大部分固体粉末颗粒，往往采用容量瓶或李氏比重瓶进行测量。然而，对于密度小于水乃至煤油的轻集料粉末，由于其分散性和逃逸性，上述方法不再适用。
目前，针对这极少部分密度小于煤油的轻集料粉末的测量方法甚为鲜见，也在一定程度上限制了该类物质的应用。
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而目前并没有针对测量轻集料粉末表观密度的简便装置和方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用性广、能准确测量轻集料粉末表观密度的简便装置及其应用方法。
本发明提供的这种测量轻集料粉末表观密度的简便装置，包括水平底座、支撑柱、悬臂夹具、下压刻度柱、超滤膜封口袋、烧杯和恒温水槽，支撑柱垂直固定于水平底座上，悬臂夹具高度可调的垂直固定于支撑柱上，下压刻度柱与支撑柱平行布置，其上端与悬臂夹具连接，超滤膜封口袋吊于下压刻度柱的下端；烧杯内盛有已知体积的水，放置于水平底座上对应封装好粉末样品的超滤膜封口袋的正下方，调节悬臂夹具下降，使下压刻度柱将超滤膜封口袋压入烧杯内的水中后整个装置置于恒温水槽中保温。
上述技术方案的一种实施方式中，所述悬臂夹具包括悬臂、夹具和竖向连接件，夹具包括卡扣和两个紧固旋钮，卡扣有支撑柱夹持槽和悬臂夹持槽，两个紧固旋钮分别连接于两个夹持槽的侧壁。
上述技术方案的一种实施方式中，所述水平底座为金属材质的矩形座，支撑柱和悬臂为金属材质的圆柱体，下压刻度柱为PVC疏水塑料的圆柱体。
上述技术方案的一种实施方式中，所述悬臂的一端为外螺纹头，下压刻度柱的上端为外螺纹头、下端有固定环。
上述技术方案的一种实施方式中，所述下压刻度柱的量程为10-50ml，最小刻度为0.1ml，且刻度已对固定环体积进行补偿修正。
上述技术方案的一种实施方式中，所述竖向连接件包括圆柱体和其侧臂的突台，圆柱体的下端有竖向内螺纹孔，突台上有水平内螺纹孔，所述悬臂的一端通过外螺纹头连接固定于水平内螺纹孔中，所述下压刻度柱的上端通过外螺纹头连接固定于竖向内螺纹孔中。
上述技术方案的一种实施方式中，所述超滤膜封口袋包括袋体和袋体上端的气密封条，袋体固定有提绳，通过提绳绑扎于所述固定环上。
本发明还提供了一种利用上述技术方案来测量轻集料粉末表观密度的方法，包括以下步骤：
S1.测量超滤膜封口袋的干质量记为m1、烧杯与水的总体积记为v1；
S2.将超滤膜封口袋固定于下压刻度柱的下端，调节悬臂夹具下降，使下压刻度柱将超滤膜封口袋缓缓压入烧杯中；
S3.将调节好的装置连同烧杯一起放入恒温水槽中静置，读取下压刻度柱上的刻度记为v2、烧杯与水的总体积记为v3；
S4.计算超滤膜封口袋的体积：
S5.将粉末样品装入重新晾干后的超滤膜封口袋中并密封，重复上述步骤S1～S4，相应的，超滤膜封口袋和样品质量记为m2，浸入前烧杯与水的总体积记为v4，下压刻度柱上的刻度记为v5，浸入后烧杯与水的总体积记为v6，则可得出粉末样品的表观密度为：
作为优选，步骤S1和S5中，用天平测量质量，天平的感量精度不大于0.01g，读数至0.01g；步骤S1中，烧杯的刻度为0.1ml，其内的水量需保证超滤膜封口袋浸入后水不溢出。
作为优选，步骤S3和S5中，所用恒温水槽调节为20℃±0.5℃，其内的恒温水可浸没烧杯的1/2深度。
本发明通过采用超滤膜封口袋来封装粉末样品，约束了粉末样品的混乱分散及逃逸。将下压刻度柱固定于悬臂夹具的一端，超滤膜封口袋固定于下压刻度柱的下端，当调节悬臂夹具沿支撑柱下降时，下压刻度柱随之下降，即可实现超滤膜封口沙袋和粉末样品完全浸没于烧杯内的水中，避免浸入过程带入气泡，杜绝微小颗粒逃逸到水面，下压刻度柱压住超滤膜封口袋，保证表观密度测量结果的精确性。本装置配置简单，取材方便，投入成本低，但能保证测量结果的精确。本发明适用性广，对于粉末颗粒是否具有磁性没有要求。对于亲水易溶的粉末颗粒，可灵活替换水溶液为疏水性质的煤油或者丙三醇。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
图2为图1中悬臂夹具的俯视放大示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实施例公开的这种测量轻集料粉末表观密度的简便装置，包括包括水平底座1、支撑柱2、悬臂夹具3、下压刻度柱4、超滤膜封口袋5、烧杯6和恒温水槽7。
悬臂夹具3包括悬臂、夹具和竖向连接件。悬臂31为金属材质的圆柱体，其一端为外螺纹头。夹具包括卡扣32和两个紧固旋钮XN，卡扣31有支撑柱夹持槽和悬臂夹持槽，两个紧固旋钮XN分别连接于两个夹持槽的侧壁。
竖向连接件33包括圆柱体331和其侧臂的突台332，圆柱体的下端有竖向内螺纹孔，锥台有水平内螺纹孔。
下压刻度柱4为PVC疏水塑料的圆柱体，其上端为外螺纹头，下端有固定环41。本实施例下压柱刻度4的量程为10-50ml，最小刻度为0.1ml，且刻度已对底部的固定环体积进行补偿修正。固定环41的材质为铜或不锈钢金属材料,且表面经抛光处理。下压刻度柱4的使用，可减少系统误差和人工操作产生的误差,有利于进一步提高测量结果的精准性。
超滤膜封口袋5包括袋体51和袋体上端的气密封口条52，袋体上固定有提绳53。本实施例超滤膜封口袋的袋体采用PES疏水透性膜，PES疏水透性膜材质为聚丙烯，由几千上万根细小的中空纤维组成，孔径为0.01微米，透水量为300L/小时。PES疏水透性膜为食品级聚丙烯材质，杜绝了二次污染，且聚丙烯腈膜丝可以反复冲洗使用，减少了实验耗材的浪费。超滤膜的高精度过滤可达0.01微米，这种直径能拦截胶体、有机物等级别的物质，因此对于微米级别的轻集料粉末可以100％拦截，杜绝了样品粉末的逃逸。由于纤维丝数量多，因此透水量可达300L/小时，具有优良的透水性，加速了粉末颗粒与水的完全浸润，防止微小气泡在粉末颗粒间残留。
本实施例的烧杯6采用玻璃烧杯，规格为250ml，最小刻度为0.1ml，估读至0.01ml。
本实施例的水平底座1为金属材质的矩形座，支撑柱2。
装置装配时，支撑柱2垂直固定于水平底座1的一侧。悬臂31一端的外螺纹头拧入竖向连接件33上的水平内螺纹孔中，下压刻度柱4上端的外螺纹头拧入竖向连接件33上的竖向内螺纹孔中。卡扣32的支撑柱夹持槽套于支撑柱上，通过紧固旋钮拧紧。然后将悬臂31的自由端插入卡扣32的悬臂夹持槽中，通过紧固旋钮拧紧并调整好悬臂的水平度。至此，悬臂夹具3已经固定于支撑柱2上，所以下压刻度柱4的横向位置已经确定好。
以下为使用上述装配好的装置进行测量的具体步骤：
(1)将超滤膜封口袋静置于天平上，测量其干质量m1。在烧杯中注入适量的洁净水，以1/2至2/3为宜，放入恒温水槽中静置，测量烧杯与水的总体积v1。静置时间为20min左右，以烧杯中水温稳定为准。
(2)将超滤膜封口袋的提绳系在下压刻度柱下端的固定环上，调节夹持支撑柱的紧固旋钮，使悬臂夹具沿支撑柱慢慢下降，使下压刻度柱携带固定住的超滤膜封口袋缓缓浸入装有水的烧杯中，避免下压过程中带入气泡。
(3)将调节好的装置连同烧杯一起放入恒温水槽中静置，恒温水槽控温调节在20℃±0.5℃，且使恒温水槽中的水浸没烧杯1/2的深度。读取下压刻度柱上的刻度v2和烧杯与水的总体积v3。静置时间为30min左右，以超滤膜封口袋以及样品粉末上没有残余微小气泡为准。
(4)计算超滤膜封口袋的体积：
(5)将适量待测轻集料粉末样品装入重新晾干后的超滤膜封口袋并密封，静置于天平上，测量其质量m2。在烧杯中注入适量的洁净水，放入恒温水槽中静置，测量烧杯与水的总体积v4。静置时间为20min左右，以烧杯中水温稳定为准。
(6)将装有试样的超滤膜封口袋的提绳系在下压刻度柱下端的固定环上，调节夹持支撑柱的紧固旋钮，使悬臂夹具沿支撑柱慢慢下降，使下压柱携带固定住的超滤膜封口沙袋缓缓浸入装有水的烧杯中，避免下压过程中带入气泡。
(7)将调节好的装置连同烧杯一起放入恒温水槽中静置。读取下压柱上的刻度v5和烧杯与水的总体积v6。静置时间为5h左右，以超滤膜封口袋以及样品粉末上没有残余微小气泡为准。
(8)计算待测样品的表观密度：
为了验证本装置和方法的测量精确性，通过本装置和方法对粉煤灰漂珠和玻璃微珠的密度分别进行了三次测量实验，所用原料按重量份计为：粉煤灰漂珠6.4g、5.8g、6.7g；玻璃微珠4.3g、4.1g、4.5g，密度测量结果如下表所示：
轻集料粉末密度测量结果表
由上表可知，实验1的粉煤灰漂珠密度与实验2、实验3的粉煤灰漂珠密度相差为0、0.01g/cm3，其相对误差为1.3％；实验1的玻璃微珠密度与实验2、实验3的玻璃微珠密度相差为0.01g/cm3、0，其相对误差为2.4％。测量结果的精度较高。因此，可以广泛应用于其他轻集料粉末密度的测量上。
Claims (10)
1.一种测量轻集料粉末表观密度的简便装置，其特征在于：本装置包括水平底座、支撑柱、悬臂夹具、下压刻度柱、超滤膜封口袋、烧杯和恒温水槽，支撑柱垂直固定于水平底座上，悬臂夹具高度可调的垂直固定于支撑柱上，下压刻度柱与支撑柱平行布置，其上端与悬臂夹具连接，超滤膜封口袋固定于下压刻度柱的下端；烧杯内盛有已知体积的水，放置于水平底座上对应封装好粉末样品的超滤膜封口袋的正下方，调节悬臂夹具下降，使下压刻度柱将超滤膜封口袋压入烧杯内的水中后整个装置置于恒温水槽中保温。
2.如权利要求1所述的测量轻集料粉末表观密度的简便装置，其特征在于：所述悬臂夹具包括悬臂、夹具和竖向连接件，夹具包括卡扣和两个紧固旋钮，卡扣有支撑柱夹持槽和悬臂夹持槽，两个紧固旋钮分别连接于两个夹持槽的侧壁。
3.如权利要求2所述的测量轻集料粉末表观密度的装置，其特征在于：所述水平底座为金属材质的矩形座，支撑柱和悬臂为金属材质的圆柱体，下压刻度柱为PVC疏水塑料的圆柱体。
4.如权利要求3所述的测量轻集料粉末表观密度的装置，其特征在于：所述悬臂的一端为外螺纹头，下压刻度柱的上端为外螺纹头、下端有固定环。
5.如权利要求4所述的测量轻集料粉末表观密度的装置，其特征在于：所述下压刻度柱的量程为10-50ml，最小刻度为0.1ml，且刻度已对固定环体积进行补偿修正。
6.如权利要求4所述的测量轻集料粉末表观密度的装置，其特征在于：所述竖向连接件包括圆柱体和其侧臂的突台，圆柱体的下端有竖向内螺纹孔，突台上有水平内螺纹孔，所述悬臂的一端通过外螺纹头连接固定于水平内螺纹孔中，所述下压刻度柱的上端通过外螺纹头连接固定于竖向内螺纹孔中。
7.如权利要求6所述的测量轻集料粉末表观密度的装置，其特征在于：所述超滤膜封口袋包括袋体和袋体上端的气密封条，袋体固定有提绳，通过提绳绑扎于所述固定环上。
8.一种利用权利要求1所述装置测量轻集料粉末表观密度的方法，包括以下步骤：
S1.测量超滤膜封口袋的干质量记为m1、烧杯与水的总体积记为v1；
S2.将超滤膜封口袋固定于下压刻度柱的下端，调节悬臂夹具下降，使下压刻度柱将超滤膜封口袋缓缓压入烧杯中；
S3.将调节好的装置连同烧杯一起放入恒温水槽中静置，读取下压刻度柱上的刻度记为v2、烧杯与水的总体积记为v3；
S4.计算超滤膜封口袋的体积：
S5.将粉末样品装入重新晾干后的超滤膜封口袋中并密封，重复上述步骤S1～S4，相应的，超滤膜封口袋和样品质量记为m2，浸入前烧杯与水的总体积记为v4，下压刻度柱上的刻度记为v5，浸入后烧杯与水的总体积记为v6，则可得出粉末样品的表观密度为：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S1和S5中，用天平测量质量，天平的感量精度不大于0.01g，读数至0.01g；步骤S1中，烧杯的刻度为0.1ml，其内的水量需保证超滤膜封口袋浸入后水不溢出。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S3和S5中，所用恒温水槽调节为20℃±0.5℃，其内的恒温水可浸没烧杯的1/2深度。
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